package Sort;

import java.util.Stack;

public class Sort {

    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定
     * 优点：越有序越快
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for(int i=1;i<array.length;i++) {
            int tmp=array[i];
            int j=i-1;
            for(;j>=0;j--) {
                if(tmp<array[j]) {
                    array[j+1]=array[j];
                    //array[j]=tmp;
                }else {
                    //array[j+1]=tmp;
                    break;
                }
            }
            //此时的j为-1，表示tmp比array[0]还要小，进不去for循环
            array[j+1]=tmp;
        }
    }


    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度为：O(n*log2(n))
     * 不稳定
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap=array.length;
        while(gap>1) {
            gap=gap/3+1;
            shell(array,gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array,int gap) {
        for(int i=gap;i<array.length;i++) {
            int tmp=array[i];
            int j=i-gap;
            for(;j>=0;j-=gap) {
                if(array[j]>tmp) {
                    array[j+gap]=array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+gap]=tmp;
        }
    }


    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度 O(N^2)
     * 不稳定
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for(int i=0;i<array.length;i++) {
            int minIndex=i;
            for(int j=i+1;j<array.length;j++) {
                if(array[j]<array[minIndex]) {
                    minIndex=j;
                }
            }
            swap(array,i,minIndex);
        }
    }
    private static void swap(int[] array,int i,int j) {
        int temp=array[i];
        array[i]=array[j];
        array[j]=temp;
    }

    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left=0;
        int right=array.length-1;
        while(left<right) {
            int minIndex=left;
            int maxIndex=left;
            for(int i=left;i<=right;i++) {
                if(array[i]<array[minIndex]) {
                    minIndex=i;
                }
                if(array[i]>array[maxIndex]) {
                    maxIndex=i;
                }
            }
            swap(array,minIndex,left);

            if(maxIndex==left) {
                maxIndex=minIndex;
            }

            swap(array,maxIndex,right);
            left++;
            right--;
        }
    }



    public static void createBigHeap(int[] array) {
        for(int parent=(array.length-1-1)/2;parent>=0;parent--) {
            siftDown(parent,array,array.length);
        }
    }
    private static void siftDown(int parent,int[] array,int end) {
        int child=2*parent+1;
        while(child<end) {
            if(child+1<end && array[child]<array[child+1]) {
                child++;
            }
            if(array[child]>array[parent]) {
                swap(array,child,parent);
                parent=child;
                child=2*parent+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * O(n*log2(n))
     * 不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createBigHeap(array);
        int end=array.length-1;
        while(end>0) {
            swap(array,0,end);
            siftDown(0,array,end);
            end--;
        }
    }


    /**
     * 冒泡排序
     * O(N^2)
     * 稳定
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for(int i=0;i<array.length-1;i++) {
            boolean flg=false;
            for(int j=0;j<array.length-1-i;j++) {
                if(array[j]>array[j+1]) {
                    swap(array,j,j+1);
                    flg=true;
                }
            }
            if(!flg) {
                break;
            }
        }
    }


    /**
     * 时间复杂度：O(n*logn)
     * 空间复杂度:logn
     * 不稳定
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
    }
    private static void quick(int[] array,int start,int end) {
        if(start>=end) return;//此时没有左也没有右，只有一个元素，返回

        if(end-start+1<=10) {
            insertSortRange(array,start,end);
            return;
        }

        //挖坑法的优化，对于基本有序的数组，在算出基准之前，将数组进行变形
        //进行三数取中（中位数）
        int index=middleThreeNum(array,start,end);
        swap(array,index,start);

        int pivot=partitionHole(array,start,end);
        quick(array,start,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,end);
    }

    /**
     * huare法
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int partitionHoare(int[] array,int left,int right) {
        int i=left;
        int tmp=array[left];
        while(left<right) {
            while(left<right && array[right]>=tmp) {
                right--;
            }
            while(left<right && array[left]<=tmp) {
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        //left和right相遇
        swap(array,left,i);
        return left;
    }

    private static int partitionHole(int[] array,int left,int right) {
        int tmp=array[left];
        while(left<right) {
            while(left<right && array[right]>=tmp) {
                right--;
            }
            array[left]=array[right];

            while(left<right && array[left]<=tmp) {
                left++;
            }
            array[right]=array[left];
        }
        //相遇
        array[left]=tmp;
        return left;
    }

    //三数取中，返回left，mid，right对应的三个数之中的中位数的下标
    private static int middleThreeNum(int[] array,int left,int right) {
        int mid=(left+right)/2;
        if(array[left]<array[right]) {
            if(array[mid]<array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid]>array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid]<array[right]) {
                return right;
            }else if(array[mid]>array[left]) {
                return left;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    public static void insertSortRange(int[] array,int left,int right) {
        for(int i=left+1;i<=right;i++) {
            int tmp=array[i];
            int j=i-1;
            for(;j>=left;j--) {
                if(tmp<array[j]) {
                    array[j+1]=array[j];
                    //array[j]=tmp;
                }else {
                    //array[j+1]=tmp;
                    break;
                }
            }
            //此时的j为-1，表示tmp比array[0]还要小，进不去for循环
            array[j+1]=tmp;
        }
    }


//    快排的非递归

    /**
     *
     * @param array
     */
    public static void quickSortNot(int[] array) {
        Stack<Integer> stack=new Stack<>();
        int left=0;
        int right=array.length-1;
        int par=partitionHole(array,left,right);
        if(par>left+1) {    //左边有两个元素
            stack.push(left);
            stack.push(par-1);
        }
        if(par<right-1) {   //右边有两个元素
            stack.push(par+1);
            stack.push(right);
        }
        while(!stack.isEmpty()) {
            right=stack.pop();
            left=stack.pop();
            par=partitionHole(array,left,right);
            if(par>left+1) {    //左边有两个元素
                stack.push(left);
                stack.push(par-1);
            }
            if(par<right-1) {   //右边有两个元素
                stack.push(par+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }


    /**
     * 时间复杂度 O(n*logn)
     * 空间复杂度 O(n)
     * 稳定
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortFun(array,0,array.length-1);
    }
    public static void mergeSortFun(int[] array,int left,int right) {
        if(left>=right)return;

        int mid=(right+left)/2;
        mergeSortFun(array,left,mid);
        mergeSortFun(array,mid+1,right);
        //合并
        merge(array,left,mid,right);
    }

    private static void merge(int[] array,int left,
                              int mid,int right) {
        int s1=left;
        int e1=mid;
        int s2=mid+1;
        int e2=right;
        int[] tmp=new int[right-left+1];
        int k=0;
        while(s1<=e1 && s2<=e2) {
            if(array[s1]<=array[s2]) {
                tmp[k++]=array[s1++];
            }else {
                tmp[k++]=array[s2++];
            }
        }
        while(s1<=e1) {
            tmp[k++]=array[s1++];
        }
        while(s2<=e2) {
            tmp[k++]=array[s2++];
        }
        //将tmp数组内容拷贝到array
        for(int i=0;i<k;i++) {
            array[left+i]=tmp[i];
        }
    }

    /**
     * 非递归归并排序
     * @param array
     */
    public static void mergeSortNot(int[] array) {
        int gap=1;
        while(gap<array.length) {
            for(int i=0;i<array.length;i=i+2*gap) {
                int left=i;
                int mid=left+gap-1;//mid可能越界
                if(mid>=array.length) {
                    mid=array.length-1;
                }
                int right=mid+gap;//right可能越界
                if(right>=array.length) {
                    right=array.length-1;
                }
                merge(array,left,mid,right);
            }
            gap*=2;//每组的元素数量变多，组数变少，当组数只有1个即全部元素一组时，就有序了
        }
    }


    /**
     * 时间复杂度 O(n+范围）
     * 空间 O(范围）
     * 稳定
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array) {
        //1.遍历数组求最大值，最小值
        int maxVal=array[0];
        int minVal=array[0];
        for(int i=0;i<array.length;i++) {
            if(maxVal<array[i]) {
                maxVal=array[i];
            }
            if(minVal>array[i]) {
                minVal=array[i];
            }
        }
        //2.定义count数组
        int[] count=new int[maxVal-minVal+1];
        //3.遍历array数组，将值放入计数数组中
        for(int i=0;i<array.length;i++) {
            count[array[i]-minVal]++;
        }
        //4.输出
        int index=0;
        for(int i=0;i<count.length;i++) {
            while(count[i]>0) {
                array[index++]=i+minVal;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}
